Công trình cân bằng về năng lượng – Net Zero Energy Buildings

Mô tả giải pháp

Mục tiêu ngày càng phổ biến cho công trình xanh là đạt được mức cân bằng về năng lượng Net Zero Energy Buildings – nghĩa là công trình sử dụng năng lượng hiệu quả và tạo ra năng lượng tại chỗ đủ để cân bằng với nhu cầu năng lượng tiêu thụ hàng năm.

Đối với thiết kế công trình hiệu suất cao, cách tốt nhất là đo lường và so sánh các chỉ số giữa các thiết kế với nhau, bao gồm năng lượng tiêu thụ tuyệt đối và các chỉ số khác. Những so sánh này mang tính khách quan, ứng dụng phổ biến và có tính chất tương đồng.

Khi thiết kế được dựa trên lượng khí thải và mức năng lượng tiêu thụ ​​dự kiến, hiệu suất thực sự của công trình không được thông qua bất kỳ luật xây dựng hoặc hệ thống đánh giá công trình xanh nào. Mặc dù hệ thống đánh giá như LEED rất hữu ích, nhưng đôi khi nó không xem xét được những mặt đáng được ưu tiên. Vì những ưu tiên đó thường làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng (xem Tác động Môi trường của Tòa nhà) nên việc hướng đến tòa nhà cân bằng về năng lượng là một mục tiêu thiết kế rất tốt.

Định nghĩa công trình cân bằng về năng lượng (NZEB)

Công trình cân bằng về năng lượng là công trình có hiệu quả sử dụng năng lượng cao, đồng thời sử dụng năng lượng tái tạo để sản xuất ra lượng năng lượng bằng với lượng năng lượng tiêu thụ từ lưới điện mỗi năm.

Có một số khái niệm về các công trình “Cân bằng về năng lượng” dựa trên ranh giới cho sự cân bằng năng lượng. Dưới đây là bản tóm tắt  các định nghĩa chính từ NREL.

 Năng lượng cân bằng tại chỗ: Năng lượng tái tạo được sản xuất ra ít nhất phải bằng năng lượng tiêu thụ của công trình trong một năm khi tính toán tại khu đất đó.

 Năng lượng nguồn của công trình cân bằng về năng lượng: Năng lượng nguồn tạo ra (hoặc mua) của công trình ít nhất là bằng năng lượng được sử dụng trong một năm được tính tại nguồn. Năng lượng nguồn liên quan đến năng lượng sơ cấp được sử dụng để trích xuất, sản xuất và vận chuyển năng lượng tới công trình. Để tính toán tổng năng lượng nguồn của công trình, năng lượng nhập và xuất được nhân bởi số hệ số chuyển đổi thích hợp từ khu đất đến nguồn dựa trên loại năng lượng nguồn của nhà máy điện.

Chi phí năng lượng của công trình cân bằng về năng lượng: Về chi phí của công trình cân bằng năng lượng, số tiền mà  nhà máy điện trả cho chủ sở hữu tòa nhà phần năng lượng tái tạo mà tòa nhà xuất ra lưới điện ít nhất bằng số tiền chủ sở hữu trả cho nhà máy điện đối với các dịch vụ năng lượng và năng lượng sử dụng trong một năm.

 Phát thải công trình cân bằng về năng lượng: Một công trình không phát thải tạo ra (hoặc mua) đủ năng lượng tái tạo để bù vào lượng khí thải từ tất cả các năng lượng được sử dụng trong tòa nhà hàng năm. Cacbon, NOx và SOx là những khí thải phổ biến mà ZEBs bù đắp. Để tính toán tổng lượng phát thải của công trình, năng lượng nhập và xuất được nhân với hệ số phát thải phù hợp dựa trên lượng khí thải của nhà máy điện  và khí thải tại công trình (nếu có).

Thiết kế công trình cân bằng về năng lượng

Nguyên tắc chính để thiết kế công trình cân bằng về năng lượng trước hết là giảm nhu cầu năng lượng càng nhiều càng tốt và sau đó chọn các nguồn năng lượng tốt. Dưới đây là một “trình tự các công đoạn” đơn giản …

1. Giảm tải năng lượng
2. Tối ưu hóa thiết kế cho các chiến lược thụ động
3. Tối ưu hóa thiết kế cho các chiến lược chủ động
4. Thu hồi năng lượng
5. Tạo ra năng lượng tại chỗ
6. Mua năng lượng/carbon bù đắp

Công trình và sử dụng tài nguyên

Mô tả giải pháp

Các công trình sử dụng năng lượng, vật liệu, nước và đất để tạo ra môi trường sống cho những người sinh sống và làm việc trong đó. Tất cả các yếu tố này đều tiêu tốn chi phí – và có tác động đến môi trường.

1. Sử dụng vật liệu

Sử dụng nhiều vật liệu bền vững hơn, sử dụng ít vật liệu hơn và sử dụng vật liệu phù hợp trong công trình có thể cải thiện các tác động môi trường của công trình xây dựng, tuổi thọ công trình và hạn sử dụng.

Tầm quan trọng

Các loại vật liệu có các tác động riêng của chúng đến môi trường thông qua hoạt động khai thác và sản xuất, chúng cũng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất nhiệt, hình ảnh và âm thanh của tòa nhà. Lựa chọn vật liệu và sản phẩm xây dựng cũng quyết định đến chi phí của các dự án.

Vật liệu cũng rất quan trọng bởi vì chúng tạo ra không gian vật lý mà người sử dụng tòa nhà sẽ trải nghiệm.

Các chất độc hoặc hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe. Mặt khác, lựa chọn đúng loại vật liệu có thể đem lại những tác động tích cực đến cảm giác và sức khỏe con người.

Các số liệu

Năng lượng tiêu tốn hoặc các bon phát thải có thể được sử dụng để làm thước đo các tác động đến môi trường của hoạt động khai thác, chế biến, sản xuất và phân phối vật liệu

Tuy nhiên, khi tính đến toàn bộ vòng đời công trình và tùy thuộc vào cách áp dụng, các yếu tố khác của vật liệu như tính chất nhiệt và cấu trúc có thể quan trọng hơn nhiều. Ví dụ, nếu tính chất nhiệt của các vật liệu được sử dụng ở lớp vỏ của công trình tốt hơn thì có thể cải thiện việc sử dụng năng lượng của công trình (Ví dụ như được đo bằng cường độ sử dụng năng lượng).

 Vòng đời của vật liệu là một yếu tố cũng rất quan trọng. Nó có thể tái chế hoặc có thể phân hủy sinh học không? Nó được làm từ vật liệu tái chế hoặc các vật liệu có thể tái tạo nhanh không?

Chiến lược thiết kế

Việc lựa chọn vật liệu có đầy đủ những quyết định mang tính cân nhắc lựa chọn và các chiến lược hiệu quả thay đổi nhiều dựa trên mục tiêu và tình hình của bạn. Việc lựa chọn vật liệu là chiến lược tốt nhằm tái sử dụng vật liệu có sẵn, vật liệu nguồn tại địa phương và sử dụng vật liệu tái chế/có thể tái chế.(bỏ)

Trên thực tế việc lựa chọn các vật liệu cho công trình cần xem xét cân nhắc nhiều yếu tố và không phải lúc nào cũng có thể toàn vẹn được. Các chiến lược lựa chọn vật liệu thay đổi rất nhiều dựa trên các mục tiêu và tình hình thực tế của bạn. Có một chiến lược thường luôn hợp lý là tái sử dụng vật liệu sẵn có, sử dụng vật liệu địa phương và sử dụng vật liệu tái chế hoặc có thể tái chế.

2. Hệ thống năng lượng

Hệ thống năng lượng sản xuất, sử dụng, chuyển đổi và lưu trữ năng lượng cho công trình. Ở các tòa nhà có hiệu suất sử dụng năng lượng cao, các hệ thống này cần phải đạt được hiệu suất lẫn hiệu quả.

Tầm quan trọng

Hệ thống tiện nghi nhiệt và thị giác đều sử dụng năng lượng ở một số hình thức.

Sản xuất và sử dụng năng lượng là nguyên nhân chính của hiệu ứng nhà kính và sự nóng lên toàn cầu. Sử dụng năng lượng trong các công trình cũng tiêu tốn chi phí lớn nhất trong suốt quá trình sử dụng tòa nhà.

Số liệu

Sử dụng năng lượng hiệu quả có nghĩa là lựa chọn đúng công nghệ và chiến lược thiết kế phù hợp cho hệ thống công trình. Hiệu quả năng lượng có thể được đo bằng số kilôwat giờ mỗi năm trên đơn vị diện tích (cường độ sử dụng năng lượng hoặc EUI).

Hiệu suất năng lượng có nghĩa là sử dụng được hầu hết hệ thống và công nghệ đã lựa chọn. Hiệu suất năng lượng có thể được  đo bằng hệ số về hiệu suất của thiết bị.

Chiến lược thiết kế

Thiết kế hệ thống năng lượng nên được nhìn nhận một cách toàn diện. Tùy vào vị trí, nhu cầu và nguồn năng lượng sẵn có, ta có thể chọn lựa nguồn năng lượng tại chỗ từ quang điện, gió, lưới điện hoặc khí thiên nhiên. Nếu không thể lấy được năng lượng sạch từ khu đất thì ta có thể mua bổ sung.

 Nói chung, công việc của kiến trúc sư là xác định “nhu cầu” năng lượng (những yêu cầu và hạn chế về hoạt động của công trình được đặt ra trong thiết kế của họ) còn nhiệm vụ của các kỹ sư là xác định làm thế nào để “cung cấp” năng lượng này.

3. Sử dụng nước

Nước được sử dụng trong công trình cho các mục đích uống, lau chùi và vệ sinh môi trường. Bên ngoài công trình, nước được sử dụng cho cảnh quan. Nước thải và nước bề mặt cần được quản lý hợp lý nhằm tạo lên môi trường bền vững.

Tầm quan trọng

Nước là thành phần cơ bản cho sự sống và sức khỏe của con người; đồng thời nó cũng đóng vai trò quan trọng trong cân bằng hệ sinh thái.

Số liệu

Nước được đo và đánh giá về cả chất lẫn lượng. Tốc độ dòng chảy của thiết bị sử dụng nước như vòi hay khả năng chứa của bề nước là các đại lượng khác nhau nhằm xác định lượng nước.

Chất lượng của nước có thể được đánh giá theo nhiều cách và với những mục đích sử dụng khác nhau thì chất lượng nước cần thiết là khác nhau. Việc nước có uống được hay không không có ảnh hưởng tới mục đích sử dụng của nó. Các chỉ số như pH, đô phân hủy chất hữu cơ có trong nước, hàm lượng chất rắn lơ lửng và độ đục giúp đánh giá chất lượng nước.

Chiến lược thiết kế

Hiệu quả sử dụng nước phụ thuộc vào việc sử dụng đúng loại nước cho đúng mục đích, đồng thời tái sử dụng càng nhiều càng tốt và kết hợp với việc sử dụng các trang thiết bị tiết kiệm.

Nước mưa được thu gom có thể là nguồn nước tốt. Ngoài ra hệ thống đường ống có khả năng phân chia nước uống, nước xám, nước đen giúp tận dụng tới từng giọt nước. Nước cũng có thể được xử lý làm sạch ngay tại công trình thông qua các cỗ máy sống, hệ sinh vật và hệ tự hoại tiên tiến.